CN102769817A

CN102769817A - 一种基于平板扬声器的性能优化方法

Info

Publication number: CN102769817A
Application number: CN2012102643459A
Authority: CN
Inventors: 庄宏东
Original assignee: Guangzhou Changjia Electronic Co ltd
Current assignee: Guangzhou Changjia Electronic Co ltd
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2012-11-07

Abstract

本发明公开了一种基于平板扬声器的性能优化方法，所述方法包括：对上述构造的平板扬声器基于电阻抗模型测量方法，获得驱动器所有的电-力参数；基于驱动器的电-力参数在平板扬声器的箱内衬微穿孔吸声材料，在箱体内构成至少为前后2个空腔；采用有限元分析法结合薄板振动的偏微分方程，分别建立以基于模态分析和稳态分析下的平板扬声器理论模型，完成扬声器的性能优化。本发明能够提高平板扬声器的性能优化，从而使平板扬声器的声性能得到提高。

Description

一种基于平板扬声器的性能优化方法

技术领域

本发明涉及数字家庭技术领域，具体涉及一种基于平板扬声器的性能优化方法。

背景技术

扬声器是一种将电能转换为声能的电声器件，扬声器在消费电子和声学技术的诸多领域发挥着重要作用。按换能方式分类，扬声器可分为电动式（动圈式）、电磁式（舌簧式）、压电式（晶体式）、电容式（静电式）、压缩空气式及离子式等。虽然扬声器的种类繁多，但电动式纸盆扬声器是最主要的扬声器产品。从声辐射特性角度来讲，传统的扬声器都是集中参数扬声器。例如，通常可将电动式纸盆扬声器等效为偶极子声源，如果其后部带有障板，则可等效为单极子声源。

20世纪90年代以来，分布参数扬声器得到迅速发展，引起了人们的广泛兴趣。分布参数扬声器主要表现为平面扬声器的形式（因此也叫做平板扬声器），具体可参阅图1，当然有些可以制作成形状复杂的曲面扬声器，满足特定场合的需要。由于平面扬声器不同于传统扬声器的物理特性（外形和重量）和声学特性，近年来掀起了研发和推广的高潮。目前，在音响产品中，由于平面扬声器的外形加以装饰后具有很强的观赏性，受到消费者的青睐。在其它领域（如水声工程和噪声控制）中，人们注意到它不同于传统扬声器的声辐射性能，在发展新的声学技术中能发挥独特作用，因而受到科研工作者的重视。

目前的研究表明，平板扬声器具有扩散性、频带宽、高频指向性宽等特点，但是在声重放质量上与传统高保真扬声器仍有较大差距。这是因为，平板扬声器工作在高阶振动模态状态中，不像传统扬声器的振膜工作在活塞振动状态，当且仅当振动薄板达到处处振动不相干的理想状态时，平板扬声器的性能才能达到最优；实际应用时，驱动器策动薄板作弯曲谐振，仅在一定程度上达到了理论假设的要求，弯曲谐振的结果将引起声压频率响应曲线起伏较大。采用均衡滤波器可以在一定程度上得到改善，但要从根本上提高其音质，必须从最根本的理论模型出发，研究薄板振动的声辐射机理，然后才能作进一步的分析并抑制平板扬声器响应的起伏，使平板扬声器性能得到理想的发挥。

发明内容

本发明的目的是解决平板扬声器用驱动器性能上的不足，通过得到平板扬声器用驱动器的电-力参数值，为以后的计算、模态仿真等做好准备，提供准确的数据优化方案。

本发明提供一种基于平板扬声器的性能优化方法，所述方法包括：

对上述构造的平板扬声器基于电阻抗模型测量方法，获得驱动器所有的电-力参数；

基于驱动器的电-力参数在平板扬声器的箱内衬微穿孔吸声材料，在箱体内构成至少为前后2个空腔；

采用有限元分析法结合薄板振动的偏微分方程，分别建立以基于模态分析和稳态分析下的平板扬声器理论模型，完成扬声器的性能优化。

所述对上述构造的平板扬声器基于电阻抗模型测量方法，获得平板扬声器驱动器的电阻抗和驱动质量包括：

建立驱动器的电阻模型并测得电阻抗曲线；

利用遗传算法根据电阻抗曲线优化模型元件参数值，使得由模型计算得到的电输入阻抗曲线与实测的电输入阻抗曲线相吻合，得到电参数值；

测得驱动器质量Mm，通过力-电参数的对应关系计算得到扬声器单元的机电耦合系数BI；

根据BI得到全部的电-力参数值。

所述基于驱动器的电-力参数在平板扬声器的箱内衬微穿孔吸声材料，在箱体内构成至少为前后2个空腔包括：基于驱动器的电-力参数优化设计不同的微穿孔参数，所述微穿孔参数包括：穿孔率、孔径、箱体空腔的深度。

所述微穿孔吸声材料为微穿孔板、或者微穿孔膜。

所述完成扬声器的性能优化包括：调节驱动器中的质量、数量、形状、面积。

以上技术可以看出，通过平板扬声器驱动器电-力参数测量方法，基于电阻抗模型，测得平板扬声器驱动器的电阻抗和驱动器质量，就可通过优化计算得到驱动器所有的电-力参数，计算结果精度高，且测量简单方便。根据此方法得到驱动器的电-力参数后，就能作进一步的分析并抑制平板扬声器响应的起伏，提高平板扬声器声性能；提出箱体内衬微穿孔吸声材料的方法分隔箱体，前空腔形成箱内谐振，同时微穿孔材料与后空腔形成特定频段的吸声效果以调节前腔内声场谐振强度，因此受控制的箱内谐振声场对平板的弯曲谐振产生反作用，使得振动平板特定频率处的谐振得到调节，从而使平板扬声器的声性能得到提高；使用基于有限元分析法结合薄板振动的偏微分方程的方法，提出模型，综合各种参数来求取驱动器的位置、质量、驱动等重要参数，以优化平板扬声器的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是现有技术中的平板扬声器的结构示意图；

图2是本发明实施例中的基于平板扬声器的性能优化方法流程图；

图3是本发明实施例中的平板扬声器箱体结构示意图；

图4是本发明实施例中的平板扬声器物理模型中的网格划分结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

具体的，图2示出了本发明实施例中的基于平板扬声器的性能优化方法，包括如下步骤：

S201：对上述构造的平板扬声器基于电阻抗模型测量方法，获得驱动器所有的电-力参数；

首先建立驱动器的电阻抗模型并测得电阻抗曲线，然后用优化算法（遗传算法）根据电阻抗曲线优化模型元件参数值，使得由模型计算得到的电输入阻抗曲线与实测的电输入阻抗曲线相吻合，这样得到电参数值，然后测得驱动器质量Mm，通过电-力参数的对应关系计算得到扬声器单元的机电耦合系数BI值，根据BI值计算得到全部电-力参数值。驱动器的电阻抗是指驱动器粘在刚性界面上时，驱动器输入端阻抗随频率变化的曲线，可在普通环境中测量得到。

该方法基于电阻抗模型可以测得平板扬声器驱动器的电阻抗和驱动器质量，就可通过优化计算得到驱动器所有的电-力参数，计算结果精度高。该方法所使用的仪器简单，测量方便，具有可操作性，能产生很好的经济效益。根据此方法得到驱动器的电-力参数后，就能作进一步的分析并抑制平板扬声器响应的起伏，提高平板扬声器声性能。

S202：基于驱动器的电-力参数在平板扬声器的箱内衬微穿孔吸声材料，在箱体内构成至少为前后2个空腔；

该方法利用微穿孔吸声材料，结合优化算法对平板扬声器箱内谐振声场进行调节，从而改善平板扬声器的声压频率响应。内衬微穿孔吸声材料的平板扬声器箱结构如图3所示。首先在平板扬声器箱内衬微穿孔吸声材料，在箱内构成至少为前、后2个空腔，然后通过优化设计不同的微穿孔参数：穿孔率、孔径和箱体空腔的深度调节平板扬声器箱内谐振，从而抑制平板扬声器响应的起伏。内衬微穿孔吸声材料可以为微穿孔板、微穿孔膜。由于微穿孔板、微穿孔膜吸声材料具有清洁、简便、占用空间小等特点，依据此方法设计的平板扬声器箱仍具有平板扬声器的固有物理特性。

该方法利用前空腔形成箱内谐振，同时利用微穿孔材料与后空腔形成特定频段的吸声效果以调节前腔内声场谐振强度，因此受控制的箱内谐振声场对平板的弯曲谐振产生反作用，使得振动平板特定频率处的谐振得到调节，从而使平板扬声器的声性能得到提高。

S203：采用有限元分析法结合薄板振动的偏微分方程，分别建立以基于模态分析和稳态分析下的平板扬声器理论模型，完成扬声器的性能优化。

一般认为，驱动器主要作为激励促使薄板振动，其位置决定了薄板模态的激发以及最终的声压频率响应。而研究表明，驱动器本身的质量也是不容忽视的。驱动器作为附加质量粘附在薄板上，其位置会影响薄板模态的分布，从而也会影响相应的声压频率响应。因此，对平板扬声器驱动器位置进行优化设计时，应同时考虑驱动器作为激励的影响和作为质量的影响。

该方法采用有限元分析法结合薄板振动的偏微分方程，分别建立基于模态分析和稳态分析下的平板扬声器理论模型，定义驱动器/附加质量参数、薄板参数以及边界条件等，然后对整个物理模型进行网格划分(见图4)，结合优化算法对薄板的模态分布和频响分别优化，从而得到模态分布和频响较均匀情况下不同驱动器/附加质量的最优位置。将驱动器/附加质量固定在板上相应优化位置，即可得到较佳的模态分布和声压频响曲线，提高平板扬声器声性能。其中，驱动器/附加质量的质量、数量、形状以及面积等物理参数均可调，驱动器激励的大小也可调。该方法无须改变平板扬声器的材料，附加质量容易操作，对平板扬声器进行优化设计，基本没有增加成本，简单易行，且效果明显。

由于平板扬声器的振膜作弯曲振动，其振动受边界条件、驱动器位置、附加质量及材料等各种因素的影响极大，故其理论分析相当复杂，目前要获得较准确的声压频响的解析解和数值解是不现实的。该方法通过分析其模态分布和稳态响应的情况，同时结合优化算法对其模态分布和频响进行优化，从而达到优化平板扬声器声性能的目的。

综上，通过平板扬声器驱动器电-力参数测量方法，基于电阻抗模型，测得平板扬声器驱动器的电阻抗和驱动器质量，就可通过优化计算得到驱动器所有的电-力参数，计算结果精度高，且测量简单方便。根据此方法得到驱动器的电-力参数后，就能作进一步的分析并抑制平板扬声器响应的起伏，提高平板扬声器声性能；提出箱体内衬微穿孔吸声材料的方法分隔箱体，前空腔形成箱内谐振，同时微穿孔材料与后空腔形成特定频段的吸声效果以调节前腔内声场谐振强度，因此受控制的箱内谐振声场对平板的弯曲谐振产生反作用，使得振动平板特定频率处的谐振得到调节，从而使平板扬声器的声性能得到提高；使用基于有限元分析法结合薄板振动的偏微分方程的方法，提出模型，综合各种参数来求取驱动器的位置、质量、驱动等重要参数，以优化平板扬声器的性能。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器（ROM，Read Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random AccessMemory）、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的基于平板扬声器的性能优化方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种基于平板扬声器的性能优化方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的基于平板扬声器的性能优化方法，其特征在于，所述对上述构造的平板扬声器基于电阻抗模型测量方法，获得平板扬声器驱动器的电阻抗和驱动质量包括：

建立驱动器的电阻模型并测得电阻抗曲线；

根据BI得到全部的电-力参数值。

3.如权利要求2所述的基于平板扬声器的性能优化方法，其特征在于，所述基于驱动器的电-力参数在平板扬声器的箱内衬微穿孔吸声材料，在箱体内构成至少为前后2个空腔包括：

基于驱动器的电-力参数优化设计不同的微穿孔参数，所述微穿孔参数包括：穿孔率、孔径、箱体空腔的深度。

4.如权利要求3所述的基于平板扬声器的性能优化方法，其特征在于，所述微穿孔吸声材料为微穿孔板、或者微穿孔膜。

5.如权利要求4所述的基于平板扬声器的性能优化方法，其特征在于，所述完成扬声器的性能优化包括：

调节驱动器中的质量、数量、形状、面积。